Ć wiczenie 4 9. Wiadoości ogólne BADANIE PROSOWNIKÓW NIESEROWANYCH Prostowniki są to urządzenia przetwarzające prąd przeienny na jednokierunkowy. Prostowniki stosowane są.in. do ładowania akuulatorów, w trakcji elektrycznej, w galwanotechnice, do zasilania urządzeń elektronicznych itp. Podstawowe eleenty składowe prostownika: transforator, zawory prostownicze, filtry... ransforator ransforator w układzie prostowniczy dopasowuje napięcie sieci zasilającej prądu przeiennego do wyaganej wartości na odbiorniku przyłączony do prostownika. ransforator odizolowując obwód odbiornika od sieci prądu przeiennego zniejsza również zagrożenie porażenia prąde elektryczny... Zawory prostownicze W układach prostowniczych są obecnie powszechnie stosowane diody krzeowe typu BY o napięciach do V i prądach do kilkuset aperów. Ważniejsze paraetry diody prostowniczej: prąd przewodzenia I D, napięcie wsteczne w, spadek napięcia na diodzie, teperatura pracy diody ϑ, Prąd przewodzenia jest to wartość średnia przy przewodzeniu półokresowy; I D idt I, (4.) π gdzie: i I sinωt. (4.) Napięcie wsteczne jest to największa wartość napięcia szczytowego odkładającego się na diodzie dla polaryzacji zaporowej, w czasie gdy prądu nie przewodzi. Dioda dla polaryzacji przewodzenia wykazuje bardzo ałą rezystancję i napięcie zasilające odkłada się na odbiorniku, dla polaryzacji zaporowej - bardzo dużą rezystancję i napięcie zasilające odkłada się na diodzie. Spadek napięcia na diodzie dla polaryzacji przewodzenia jest praktycznie stały niezależny od natężenia przepływającego prądu i dla diod krzeowych wynosi,6 V. Diody krzeowe ogą pracować w bardzo szeroki przedziale zian teperatury otoczenia od - 6 C do +4 C. Oznaczenie diody oraz jej charakterystykę napięciowo-prądową przedstawia rys. 4..
3 Rys. 4.. Dioda prostownicza: a) sybol diody, b) charakterystyka napięciowo-prądowa diody.3 Filtry W układach prostowniczych jako filtry stosuje się kondensatory włączone równolegle do odbiornika oraz dławiki włączone szeregowo z odbiornikie (rys. 4.). Rys. 4.. Sposób włączania filtrów LC w układach prostowniczych Oba eleenty L i C ają zdolności agazynowania energii elektrycznej przy narastaniu napięcia i oddawaniu jej do odbiornika przy opadaniu dodatniej półfali napięcia, przy czy w przypadku dławika (połączenie szeregowe) przepływ prądu przez diodę przedłuża się na część ujenego półokresu napięcia zasilającego. Skuteczność działania filtra jest charakteryzowana współczynnikie tętnień, który wyraża się zależnością: k, (4.3) gdzie: - wartość średnia napięcia na odbiorniku, - napięcie tętnień; sk, (4.4) gdzie: sk - wartość skuteczna napięcia na odbiorniku. ętnienia napięcia na odbiorniku są ty niejsze i większa jest wartość L i C w stosunku do rezystancji odbiornika R. Ponadto dławik dla wyższych haronicznych a działanie tłuiące (X L πfl), natoiast dla składowej stałej przedstawia sobą tylko rezystancję..4. kłady prostownicze i podstawowe zależności Dla ustalenia związków iędzy wielkościai przed i za prostownikie, na podstawie badań laboratoryjnych, konieczna jest znajoość przyrządów ierzących te wielkości. Przed prostownikie, do poiarów napięcia i prądu stosuje się ierniki elektroagnetyczne, które reagują i są wyskalowane w wartościach skutecznych.
Za prostownikie, do poiarów napięcia i prądu stosuje się ierniki agnetoelektryczne, które reagują i są wyskalowane w wartościach średnich. W przypadku określania współczynnika tętnień napięcia na odbiorniku, na wyjściu prostownika włącza się woltoierz elektroagnetyczny. Do poiarów ocy przed i za prostownikie stosuje się watoierze ferrodynaiczne, których wskazania są proporcjonalne do iloczynu wartości skutecznych napięcia i prądu. 3 Prostowanie jednopołówkowe. Rys. 4.3. Prostowanie jednopołówkowe a) scheat elektryczny prostownika, b) przebiegi czasowe napięcia i prądu przed prostownikie c) przebiegi czasowe napięcia i prądu za prostownikie Zależności napięciowe: ; ; sk π. (4.5) Współczynnik napięciowy prostowania, k u,45. (4.6) π Zależności prądowe: I I ; I I; Isk π I. (4.) Napięcie tętnień i współczynnik tętnień: sk, 38 π, (4.8),38 k,. (4.9) / π Moc na wyjściu prostownika na podstawie danych wartości i I ; I π P sk I osk I, 46 4 I (4.) Moc na wejściu prostownika na podstawie danych wartości i I ; P I I, I. (4.)
3 Napięcie a przebieg sinusoidalny, natoiast prąd I płynie tylko w dodatniej połówce tego napięcia (rys. 4.3b) stąd w drugiej połówce napięcia, wartość chwilowa ocy p jest równa zeru: Dobór diody pod względe napięciowy. p u i u. (4.) Dla prostownika bez filtra pojenościowego: π. (4.3) D w Dla prostownika z filtre pojenościowy: + (4.4) D w C Dla kierunku zaporowego, napięcie na diodzie jest suą napięcia na kondensatorze, na który oże być napięcie równe aplitudzie napięcia zasilającego (np. w przypadku przerwy w odbiorniku) i aplitudy ujenej połówki napięcia zasilającego. Dobór diody pod względe prądowy; I D I. (4.5) Prostowanie dwupołówkowe. Rys. 4.4. Prostownik czterozaworowy ostkowy (Gretza): a) scheat elektryczny prostownika, b) przebiegi czasowe napięcia i prądu przed prostownikie c) przebiegi czasowe napięcia i prądu za prostownikie Zależności napięciowe: ; ; sk π. (4.6) Współczynnik napięciowy prostowania; k u,9. (4.) π Zależności prądowe: I I ; I I; Isk π I. (4.8) Napięcie tętnień i współczynnik tętnień:
sk, 36 π, (4.9) 33 k,36 / π,48. (4.) Moc na wyjściu prostownika na podstawie danych wartości i I ; I P sk I osk, 3 I. (4.) Moc na wejściu prostownika na podstawie danych wartości i I : P I (4.) gdyż, w obu połówkach napięcia występuje przepływ prądu. Dobór diody pod względe prądowy; I D I. (4.3) Dobór diody pod względe napięciowy; D w (4.4) bez i z filtre pojenościowy na wyjściu prostownika.. Wykonanie ćwiczenia Część praktyczna ćwiczenia obejuje: badanie prostownika dwupołówkowego: a) z filtre pojenościowy C, b) bez filtra pojenościowego C, badanie prostownika jednopołówkowego, c) z filtre pojenościowy C, d) bez filtra pojenościowego C. Rys. 4.5. Scheat układu poiarowego do badania prostowników Zestawić układ poiarowy przedstawiony na rys. 4.5. Badania wykonać dla jednej wartości napięcia zasilającego prostownik dla obu układów prostowniczych (wartość napięcia poda prowadzący zajęcia). Obciążenie prostowników zieniać rezystore R od wartości I (wyłącznik Q - wyłączony) do wartości I ax (wartość I ax ustalić wspólnie z prowadzący zajęcia).
34 Wyniki poiarów (po 6 punktów dla każdego przypadku) i obliczeń zestawić w tabelach 4. 4.4. W obliczeniach napięcia tętnień i współczynnika tętnień k korzystać z zależności podanych w p..3 ( sk - wskazania woltoierza V ), natoiast sprawność prostownika obliczać z zależności: P η %. (4.5) P Dla obu układów prostowniczych należy:. Narysować charakterystyki f(i ) oraz k f(i ) oddzielnie dla obu układów prostowniczych.. Oówić wpływ układu zaworów, filtra pojenościowego i stopnia obciążenia prostownika na wartość współczynnika tętnień k. 3. Dla stanów jałowych prostowników (I ) przeprowadzić dyskusję wskazań woltoierzy V i V. 4. Dla wszystkich przypadków określić wartości napięć wstecznych. 5. Dla wybranego obciążenia (I ) w obu układach prostowniczych przy pracy bez filtrów C, przeprowadzić dyskusję wskazań woltoierzy i aperoierzy oraz ustalić związki ocy P ze wskazaniai V i I a także P ze wskazaniai V i I i porównać je z tyi związkai podanyi w p..4. Przebiegi czasowe napięć. Przeprowadzić obserwację na ekranie oscyloskopu przebiegów napięć przed i za prostownikie oraz na diodzie dla stanu jałowego i wybranego obciążenia, z filtre C i bez filtra C. W sprawozdaniu zaieścić obserwowane przebiegi i przeprowadzić dyskusję ich kształtów. abela 4.. Prostowanie dwupołówkowe z kondensatore C Lp. I P I P / I /I η k abela 4.. Prostowanie dwupołówkowe bez kondensatora C Lp. I P I P / I /I η k Prostowanie jednopołówkowe z kondensatore C abela 4.3. Lp. I P I P / I /I η k abela 4.4.
35 Prostowanie jednopołówkowe bez kondensatora C Lp. I P I P / I /I η k 3. Wykaz przyrządów i aparatów Należy zgodnie z wytycznyi podanyi w części ogólnej skryptu podać wszystkie przyrządy poiarowe, urządzenia i aparaty wykorzystywane w ćwiczeniu. Zagadnienia do saodzielnego opracowania. Ważniejsze paraetry diody prostowniczej.. Rola transforatora w układzie prostowniczy. 3. Współczynnik napięciowy prostowania prostownika jednopołówkowego. 4. Współczynnik napięciowy prostowania prostownika dwupołówkowego 5. Współczynnik tętnień układu prostowniczego jednopołówkowego bez filtrów na wyjściu. 6. Współczynnik tętnień układu prostowniczego dwupołówkowego pracującego bez filtra pojenościowego.. Zależności iędzy wskazaniai aperoierzy: elektroagnetycznego przed prostownikie i agnetoelektrycznego za prostownikie, dla obu układów prostowniczych pracujących bez filtrów pojenościowych i obciążonych rezystancyjnie. 8. stalenie ocy czynnej traconej w odbiorniku rezystancyjny na podstawie poiarów napięcia i prądu iernikai agnetoelektrycznyi na wyjściu prostownika dwupołówkowego pracującego bez filtrów. 9. stalenie ocy czynnej pobieranej z sieci przez prostownik jednopołówkowy, obciążony rezystore, na podstawie poiarów napięcia i prądu iernikai elektroagnetycznyi na wejściu prostownika..dobór diody pod względe napięciowy w prostowniku jednopołówkowy, bez i z filtre pojenościowy, przy zadanej wartości napięcia na wejściu..dobór diody pod względe prądowy w prostownikach jedno i dwupołówkowych.